雌雄兄妹系欧美杨（Populus×euramericana）对锰胁迫的生理响应差异及其叶绿体蛋白质组学分析

论文摘要

随着全球经济发展,工业化进程加快,由于人为和环境因素的影响,区域和全球范围内的重金属急剧增加,导致土壤中过高的锰浓度不仅对植物造成极大的伤害,严重影响了农林业的可持续发展,而且在受污染的农田耕作后,农产品中可能富含重金属,从而影响到人类的身体健康。目前各植物已相继开展蛋白质组学研究,采用蛋白质组学方法分析。迄今为止,雌雄异株杨树在非生物胁迫下的生理反应和蛋白质组学方面存在差异已被充分证实,先前的研究鉴定出锰胁迫下杨树的生理和蛋白质响应机制也存在性别差异,但雌雄兄妹系欧美杨对锰胁迫的生理反应差异以及蛋白响应机制未见报道。本论文以人工培育的雌雄兄妹系欧美杨即南林895杨（雌株）,南林1388杨（雄株）的叶片为材料,研究雌雄兄妹系杨树在锰胁迫下叶片的生理变化和叶绿体蛋白质组分的变化,首次从叶绿体蛋白质的角度对欧美杨进行锰胁迫蛋白质组学研究。测定雌雄欧美杨在胁迫条件（0.5mMol/L MnCl2处理）和对照条件（去离子水浇灌）下叶片的胁迫症状、净光合速率、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的含量以及比叶重的变化。结果表明,锰胁迫处理后,雌雄欧美杨的叶片均出现相应的胁迫症状且雌株所受损伤大于雄株。雌株的净光合速率和类胡萝卜素含量在锰胁迫下显著降低,而雄株的净光合速率和类胡萝卜素含量的降低并不显著。雌株和雄株的叶绿素a、叶绿素b含量以及比叶重均显著降低,且雌株呈现出更大程度的降低。在锰胁迫下雌雄欧美杨表现出的不同的胁迫症状和生理响应表明,雄株欧美杨的抗锰性大于雌性欧美杨。此外,在欧美杨雌性和雄性中进行iTRAQ的定量蛋白质组分析。共鉴定了2773种蛋白质,发现其中174种叶绿体蛋白质为差异表达蛋白质（DEPs）。在锰胁迫下,雌株有15个蛋白的表达量出现上调,8个蛋白出现下调,雄株有11个蛋白出现上调,6个蛋白出现下调。用生物信息学方法对雌雄欧美杨对锰胁迫响应的差异蛋白进行功能分类,雌株的差异显著上调的蛋白主要参与碳水化合物和能量代谢、翻译、转录和转录后修饰以及应激反应等生物学过程,雌株下调的蛋白主要参与光合作用、离子运输、细胞膜合成等生物学过程。雄株的差异显著上调的蛋白主要参与碳水化合物和能量代谢、叶绿素代谢、翻译、转录和转录后修饰和信号转导等过程。雄株下调的蛋白主要参与RNA生物合成、氨基酸的合成、光合作用、基因表达的调控、分子功能和分解代谢活性调节等生物学过程。我们发现,在锰胁迫下,雌性欧美杨较多的光合作用蛋白以及膜蛋白的合成受阻,表明雌株受到的锰胁迫压力较大。雌性欧美杨受到锰胁迫后表达量上调的蛋白参与应激反应过程,表明其主要通过逆境应答蛋白质的增加以提高清除活性氧的能力,从而适应锰胁迫条件。然而,雄性欧美杨主要通过叶绿素的分解代谢以及信号转导等过程适应胁迫压力,雄性的光合作用蛋白也受到胁迫发生下调,但是与光合作用相关的蛋白受抑制程度较小。转录后调控和翻译后修饰对雌雄欧美杨适应锰胁迫都有重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 研究依据
•   1.2 研究目的与研究内容
•     1.2.1 研究目的
•     1.2.2 研究内容
• 第二章 国内外研究现状
•   2.1 锰对植物的影响
•   2.2 雌雄异株植物对非生物胁迫的差异响应
•   2.3 锰胁迫下植物叶绿体蛋白质组研究
• 第三章 雌雄欧美杨对锰胁迫的生理差异响应
•   3.1 实验材料与方法
•     3.1.1 实验材料
•     3.1.2 实验方法
•   3.2 结果与分析
•   3.3 讨论与小结
• 第四章 雌雄欧美杨对锰胁迫的叶绿体蛋白质组差异变化分析
•   4.1 实验材料
•   4.2 材料处理
•     4.2.1 叶绿体蛋白质提取
•     4.2.2 蛋白质消化和iTRAQ标记
•     4.2.3 iTRAQ标记肽的强阳离子交换分级
•     4.2.4 由Q分析的液相色谱（LC） -电喷雾电离（ESI）串联质谱（MS/MS）
•     4.2.5 序列数据库搜索和数据分析
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 对欧美杨雌性和雄性在锰胁迫后差异表达蛋白的PCA分析
•     4.3.2 欧美杨的雌株和雄株的蛋白质组差异分析
•   4.4 讨论与小结
•     4.4.1 参与锰胁迫响应的丙酮酸代谢相关蛋白
•     4.4.2 参与锰胁迫响应的果糖和甘露糖代谢蛋白
•     4.4.3 参与锰胁迫响应的光合作用蛋白
•     4.4.4 参与锰胁迫响应的卟啉和叶绿素代谢相关蛋白
•     4.4.5 参与锰胁迫响应的应激反应蛋白
•     4.4.6 参与锰胁迫响应信号转导相关蛋白
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附本人读研期间发表论文情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 申娟

导师: 陈夫贵

关键词: 锰胁迫,雌雄差异,蛋白质组学,叶绿体,欧美杨

来源: 安徽师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 安徽师范大学

分类号: Q945.78

总页数: 61

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